Gibt es bemerkenswerte Fälle von Anomalien in der Beziehung zwischen Masse und Zerfallsrate?

Als allgemeine Faustregel gilt, dass massive Partikel (sowohl zusammengesetzte als auch fundamentale) durch die schwache Kraft schnell zerfallen, während weniger massive Partikel dazu neigen, stabiler zu sein. Daher sind Taus kürzerlebig als Myonen, Top-Quarks sind kürzerlebig als Charm-Quarks und alle Mesonen und Baryonen außer Protonen und Neutronen sind höchst instabil. Mein Verständnis ist, dass diese Beziehung weitgehend in den elektroschwachen Gleichungen des Standardmodells erfasst ist.

Gibt es bemerkenswerte Fälle, in denen die Zerfallsrate und die Masse des Teilchens experimentell von der erwarteten Beziehung abzuweichen scheinen?

eine interessante Erweiterung Ihrer Frage - sollten wir nicht erwarten, dass es Stabilitätsinseln für Hadronspektren gibt? Ich beziehe mich auf die Analogie mit schweren Kernen

Antworten (1)

Lieber Andrew, zuerst habe ich Ihre "Anomalie" bearbeitet, die "Anomalie" sein sollte. Ich konnte es nicht sehen.

Zweitens verwenden alle von Ihnen erwähnten Zerfälle die schwache Kraft, und das elementare Feynman-Diagramm ist immer dasselbe: Es ist ein kubischer Scheitelpunkt mit einem W-Boson, einem zerfallenden Fermion und einem fermionischen Zerfallsprodukt. Die Amplitude ist also im Wesentlichen G S U ( 2 ) u ¯ F ich N A l γ μ u ich N ich T ich A l ϵ W μ .

Was jedoch stark von der Masse der Fermionen abhängt, sind die kinematischen Faktoren - der Lorentz-invariante Phasenraum, wenn man so will. Die obige "universelle" Amplitude muss über alle erlaubten Impulse der Endteilchen integriert werden, mit der D 3 P / 2 E messen. Außerdem gibt es 1 / 2 E für jedes Anfangsteilchen.

Der beeindruckendste „Mißerfolg der Dimensionsanalyse“ unter diesen schwachen Zerfällen ist die Zerfallsrate des gewöhnlichen Neutrons – seine Halbwertszeit beträgt zehn Minuten! Das ist eine extrem lange Zeitskala, besonders wenn Sie es mit der von Ihnen erwähnten Halbwertszeit von Top-Quark usw. vergleichen. Beide Zerfälle werden von demselben elementaren Prozess angetrieben, dessen lorentzinvariante Amplitude im Wesentlichen identisch ist! Das Neutron ist so stabil, weil es nur geringfügig schwerer ist als das Proton, das Hauptzerfallsprodukt, und der Phasenraum für die erlaubten Impulse von Elektron und Antineutrino im Endzustand einfach extrem klein ist. (Es gibt wahrscheinlich andere ähnlich lange Halbwertszeiten instabiler Kerne, die durch Beta-Zerfall zerfallen - die nur schwerere Gegenstücke des zerfallenden Neutrons sind. Der Neutronenzerfall ist auch ein einfacher Fall eines Beta-Zerfalls.)

Es gibt keinen beobachteten Widerspruch zwischen einem schwachen Zerfall (eines bekannten Teilchens) und der Vorhersage des Standardmodells. Das ist ein kleiner Einblick in eine viel allgemeinere Tatsache: Das Standardmodell funktioniert einfach universell. Wenn ich der Erste bin, der Ihnen sagt, dass es so ist, ist es bedauerlich.

Vielen Dank für Ihre Analyse. Während Sie sagen, dass „das Standardmodell einfach universell funktioniert“, wird dies natürlich nicht in allen Fällen experimentell definitiv bestätigt (z. B. beobachtete CP-Verletzungen über die Vorhersagen des Standardmodells hinaus, die möglicherweise nicht zufällig sind), noch Sie, ein lautstarker Befürworter von SUSY, glauben, dass das Standardmodell, wie es derzeit formuliert ist, "einfach universell funktioniert". Ich stimme zu, dass es äußerst genau ist, bin aber neugierig, ob es möglicherweise eine signifikante unerklärte experimentelle Abweichung gibt, die bei den Zerfallsraten über das Standardmodell hinausgehen könnte (im Gegensatz zum Neutron, das der SM erklärt).
Nein, Andrew, du irrst dich. Wenn ich sage, dass das Standardmodell funktioniert, bedeutet das, dass alle jemals beobachteten Teilchen ihm gehorchen, und insbesondere alle Teilchen, deren Lebensdauer gemessen wurde, mit den theoretischen Vorhersagen der Lebensdauer übereinstimmen – innerhalb des theoretischen + experimentellen Fehlers. Das gilt für Fehler des Standardmodells, die letztendlich aufgrund von SUSY und anderer neuer Physik auftreten – keiner von ihnen wurde bis zum 17. März 2011 gemessen. Nochmals, nein, es gibt keine unerklärten Zerfallsraten. Habe ich es nicht deutlich geschrieben? Stellen Sie sicher, dass solche Anomalien atemberaubend und jedem bekannt sind.
Lubos... Ehrlich gesagt geht Ihr Verständnis weit über mein hinaus, weshalb ich mich frage, ob Sie diese Geschichte gesehen haben und ob sie Ihre Sichtweise auf das Thema ändert? projectworldawareness.com/2010/10/… Ich bin dabei, es weiter zu untersuchen, um festzustellen, ob es Unsinn, teilweise wahr, allgemein bekannt oder etwas ist, worüber wir uns Sorgen machen/aufregen sollten. Ich würde mich über fachkundigen Input freuen.
@DCJerboa: Nehmen Sie mich nicht beim Wort, aber auf den ersten Blick scheint die Seite, auf die Sie verlinkt haben (zumindest das Material oben über solare Neutrinos und die nukleare Zerfallsrate), völlig falsch zu sein.